(57)【要約】  本発明において、直接X線変換層は、ペロブスカイト結晶構造を有する材料を有する。 これは、エッジオン照射される検出器要素を有するX線検出器を構成することができるので、好ましい。
2019526782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト結晶構造を有する材料を有する直接変換X線検出層を有する層構造を有するX線検出器要素であって、前記X線検出層は、第1の側で電気的接触構造に接続され、第1の側と反対側の第2の側で導電性読み出し構造を有する読み出し層に接続される、X線検出器要素。
【請求項２】
ペロブスカイト構造を有する前記材料はAMX3であり、ここでAは第1のカチオン、好ましくはCmH2m+1Rのような有機カチオンであり、Rは何れかのランダム基、好ましくは窒素ベースの基であり、 Mは第2のカチオン、好ましくはPb 2+、Sn 2+、Eu 2+、Cu 2+のような二価金属イオンのような無機カチオンであり、Xはアニオン、好ましくはCl-、Br-又はI-のようなハロゲン化物である、請求項1に記載のX線検出器要素。
【請求項３】
ペロブスカイト結晶構造を有する前記材料は、金属イオン、好ましくはSn 2+のような金属イオン又はEu 2+のような希土類材料でドープされる、請求項1又は2に記載のX線検出器要素。
【請求項４】
前記読み出し層は、シリコンベースの集積回路又はポリマー箔、好ましくはポリイミド（PI）、ポリエチレンナフタレート（PEN）又はポリエチレンテレフタレート（PET）を有する、請求項1に記載のX線検出器要素。
【請求項５】
前記電気的接触構造は、5ミクロン未満、好ましくは1ミクロン未満、更に好ましくは0.1ミクロン未満の厚さを有する、請求項1に記載のX線検出器要素。
【請求項６】
前記読み出し層は、100ミクロン未満、より好ましくは50ミクロン未満、最も好ましくは20ミクロン未満の厚さを有する、請求項1乃至5の何れか一項に記載のX線検出器要素。
【請求項７】
前記X線検出層は、0.1ミリメートルと5ミリメートルとの間、好ましくは0.1ミリメートルと0.5ミリメートルとの間の厚さを有する、請求項1乃至6の何れか一項に記載のX線検出器要素。
【請求項８】
前記要素は、1センチメートルと20センチメートルとの間、好ましくは1センチメートルと2センチメートルとの間の長さ、1センチメートルと2センチメートルとの間の幅、2ミリメートルと10ミリメートルとの間の厚さを備える長方形の形状を有する、請求項1乃至7の何れか一項に記載のX線検出器要素。
【請求項９】
前記複数のX線検出器要素の各々は、前記検出器ベースに対して実質的に垂直に位置合わせされ、隣接するX線検出器要素に対して実質的に平行に位置合わせされる、請求項1乃至8の何れか一項に記載の複数のX線検出器要素を有する、X線検出器。
【請求項１０】
前記複数のX線検出器要素は、請求項1乃至8の何れか一項に記載の50個と100個との間のX線検出器要素を有する、請求項9に記載のX線検出器。
【請求項１１】
請求項9又は10に記載のX線検出器、好ましくはコンピュータ断層撮影装置、好ましくはマルチエネルギーコンピュータ断層撮影装置を有する、X線撮像装置。
【請求項１２】
単光子放出コンピュータ断層撮影装置又は陽電子放出断層撮影装置のような核医学撮像装置であって、請求項9又は10に記載のX線検出器を有し、0.5ミリメートルより大きな厚さ、好ましくは1ミリメートルより大きな厚さを備えるX線検出層を有する、核医学撮像装置。
【請求項１３】
X線検出器要素を製造する方法であって、
導電性読み出し構造を有する読み出し層上にペロブスカイト層を堆積させるステップと、
前記読み出し層と反対側の前記ペロブスカイト層上に電気的接触構造を適用するステップと
を有する、方法。
【請求項１４】
前記読み出し層は、シリコンベースの集積回路又はポリマー箔、好ましくはポリイミド（PI）、ポリエチレンナフタレート（PEN）又はポリエチレンテレフタレート（PET）を有する、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記ペロブスカイト層は、室温と摂氏50度との間、好ましくは室温で堆積される、請求項13又は14に記載の方法。
【請求項１６】
X線検出器を製造する方法であって、
請求項1乃至8の何れか1項に記載の複数のX線検出器要素を、検出器ベースに対して垂直に、及び互いに平行に配置するステップ
を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、X線検出器要素、X線検出器、X線撮像装置、核医学撮像装置、X線検出素子の製造方法及びX線検出器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スペクトルフォトンカウンティングコンピュータ断層撮影（CT）では、専用のスペクトル検出器の小さなピクセルが、いわゆる直接変換層における局在化光子 - 電子変換のエネルギーを決定するために使用される。スペクトル検出器の最先端の直接変換層は、通常、カドミウム亜鉛テルル化物（CZT）又はテルル化カドミウム（CdTe）技術に基づいており、典型的には高光ピーク吸収及びシステム感度のために1.5mm以上の厚さである。直接ビーム領域における照射レートは、1平方ミリメートル秒当たり109Ｘ線光子までのオーダーである。したがって、ピクセルは、数十ナノ秒の範囲内の読み出し時間での単一フォトンカウンティングを可能にするために、平方ミリメートルサイズより十分に小さくなければならない。ピクセル化された上部又は下部コンタクトを有するCZTの水平スラブを使用する最先端のCZT技術は、2ミリメートルの検出器の厚さに対して0.2乃至0.5ミリメートルの典型的な最小ピクセルサイズを可能にする。最先端のフォトンカウンティング電子機器が空気中のレート/チャネル等価物を支持することができないので、これは高い照射レートには不十分である。代わりの解決策は、CZTエッジオンを照射することである。しかしながら、これには非常に薄い、典型的には1ミリメートル未満のCZTのスラブが必要であり、それは要求される均一な高品質での取り扱い及び製造が非常に困難であり、コストのかかるプロセスとなる。その上、CZT自体は高価な材料である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記の問題に対処して、高カウントレートで単一フォトンカウンティングを可能にする安価な代替解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による実施形態は、層状構造を含むX線検出器要素に関する。層状構造は、第1の側で電気的接触構造に接続され、第1の側と反対側の第2の側で導電性読み出し構造を含む読み出し層に接続される直接変換X線検出層を含む。 X線検出層は、ペロブスカイト結晶構造を有する材料を有する。ペロブスカイト直接変換層は、最先端の直接変換材料より薄い層で製造するのに安価で容易である。
【０００５】
好ましくは、ペロブスカイト構造を有する材料はAMX3であり、Aは第1のカチオン、好ましくはCmH2m+1Rのような有機カチオンであり、Rは何れかのランダム基、好ましくは窒素ベースの基であり、 Mは第2カチオン、好ましくは無機カチオン、例えばPb 2+、Sn 2+、Eu 2+、Cu 2+のような二価金属イオンであり、Xはアニオンであり、好ましくはCl-、Br-又はI-のようなハロゲン化物である。これらのペロブスカイトは、入射光子を直接電子に変換し、高い照射レートを処理することができる。
【０００６】
ペロブスカイト型結晶構造を有する材料は、金属イオン、好ましくはSn 2+のような金属イオン又はEu 2+のような希土類材料でドープされていることが好ましい。これにより、ペロブスカイトのシンチレーション特性も得られる。
【０００７】
読み出し層は、好ましくは、オンサイト処理が実行され、構造的安定性を提供するシリコンベースの集積回路を含む。代わりに、読み出し層は、ポリマー箔、好ましくはポリイミド（PI）、ポリエチレンナフタレート（PEN）又はポリエチレンテレフタレート（PET）を含む。これらは、エレクトロニクスの基板としてしばしば使用される比較的安価な商品材料である。
【０００８】
好ましくは、電気的接触構造は、5ミクロン未満、好ましくは1ミクロン未満、より好ましくは0.1ミクロン未満の厚さを有する。好ましくは、読み出し層は、100ミクロン未満、より好ましくは50ミクロン未満、最も好ましくは20ミクロン未満の厚さを有する。これらの層が薄いほど、検出が不可能な「デッド」スペースが検出器上に存在しなくなる。
【０００９】
好ましくは、X線検出層は0.1乃至5ミリメートル、好ましくは0.1乃至0.5ミリメートルの厚さを有する。より薄い層は、検出器のより高い分解能を可能にする。このような薄い層は、薄い単結晶直接変換層を得ることと比較して安価なペロブスカイトの一段階低温薄膜堆積によって得ることができる。
【００１０】
好ましくは、X線検出器要素は、長さが1乃至20センチメートル、好ましくは1乃至2センチメートル、幅が1乃至2センチメートル、厚さが2乃至10ミリメートルの長方形の形状を有する。したがって、互いに延在する単一の検出器要素又は複数の検出器要素が、完全な検出器の範囲を提供することができる。
【００１１】
本発明によるさらなる実施形態は、本発明による複数のX線検出器要素、好ましくは50乃至100を含むX線検出器に関するものであり、複数のX線検出器は、検出器ベースに対して垂直に位置され、互いに平行に位置される。これは、高い照射レートを扱うことができ、製造するのが比較的安価なエッジオン照射を可能にする。
【００１２】
さらなる実施形態は、X線検出器、好ましくはコンピュータ断層撮影装置、好ましくはマルチエネルギーコンピュータ断層撮影装置を含むX線撮像装置、又は単光子放出コンピュータ断層撮影装置又は陽電子放出断層撮影装置などの核医学撮像装置のような、本発明による放射線検出器を備える医療用撮像装置に向けられる。
【００１３】
さらなる実施形態は、導電性読み出し構造を含む読み出し層上にペロブスカイト層を堆積させるステップと、前記読み出し層の反対側のペロブスカイト層上に電気的接触構造を適用するステップとを含む、X線検出器要素を製造する方法に関する。
【００１４】
さらなる実施形態では、放射線検出器は、複数のX線検出器要素を検出器ベースに対して垂直に配置し、互いに平行に配置することによって構成される。
【００１５】
本発明のさらに別の態様及び実施形態は、以下の詳細な説明を読んで理解することにより、当業者には理解されるであろう。以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読むことにより、多くの追加の利点及び利点が当業者に明らかになるであろう。
【００１６】
本発明を図面により説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】既知のコンピュータ断層撮影装置の非常に概略的な描写を示す。
【図２】既知の直接変換フォトンカウンティング検出素子の断面の非常に概略的な描写を示す。
【図３Ａ】垂直方向に位置合わせされた直接変換フォトンカウンティング検出器要素の様々な実施形態の断面概略図を示す。
【図３Ｂ】垂直方向に位置合わせされた直接変換フォトンカウンティング検出器要素の様々な実施形態の他の断面概略図を示す。
【図４】垂直に位置合わせされた検出器要素を有するX線検出器の斜視図である。
【図５Ａ】垂直方向に位置合わせされた直接変換フォトンカウンティング検出器要素の様々な実施形態の断面概略図を示す。
【図５Ｂ】垂直方向に位置合わせされた直接変換フォトンカウンティング検出器要素の様々な実施形態の他の断面概略図を示す。
【図５Ｃ】垂直方向に位置合わせされた直接変換フォトンカウンティング検出器要素の様々な実施形態の他の断面概略図を示す。
【図６】直接変換フォトンカウンティング検出器を製造する方法の様式化され、簡略化された図を示す。  本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置、ならびに様々な処理動作及び処理動作の配置において形態を取ることができる。図面は、好ましい実施形態を例示するためのものであり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。特定の特徴をよりよく視覚化するために、省略してもよいし、寸法がスケールに従っていなくてもよい。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図1は、コンピュータ断層撮影（CT）装置1の非常に概略的な図を示す。この実施形態では、直接変換フォトンカウンティング検出器であるX線検出器5と、この実施形態ではX線源であるX線源4とが、回転可能なガントリ2に取り付けられている。患者などのスキャンされるべき被検体は、可動支持体3上に位置決めされ、スキャン中に検査領域6を通じて移動し、ガントリ2は検査領域の周りを回転し、X線源4はX線放射xを放射する。X線放射xは、検査領域6を通過し、ここで、X線放射xは、通常、被検体の異なる領域によって異なるように減衰され、X線検出器5によって検出され、検出されるX線放射は、医師のようなユーザに表示される視覚情報に、さらなる処理装置（図示せず）でさらに処理される電子情報に変換される。
【００１９】
図2は、入射X線が直接電子に変換される断面における直接変換フォトンカウンティング検出器要素5の非常に概略的な描写を示す。このような要素50のアレイ又は列は、直接光子変換フォトンカウンティング検出器5のコア部分を形成する（これは、通常、基板、専用集積回路及び他の構造要素も含む）。
【００２０】
直接光子変換検出器要素50のバルクは、直接変換材料層51によって形成される。直接変換材料層51は、通常、真性材料であるか、又は完全に空乏化したp-i-n構造を有する単結晶半導体材料からなる。最先端の直接変換材料は、通常、CdxZn1-xTe（テルル化カドミウム、一般にCZTと略す）又はテルル化カドミウム（CdTe）である。直接変換層51は、検出器カソード52と検出器アノード53との間に配置される。検出器カソードは負のバイアス電位に保持され、検出器アノードは反発力が低い（通常は誘引正）電位に保持される。検出器カソード52は、通常、直接変換材料層51上に連続層を形成し、一般に、直接変換フォトンカウンティング検出器によって検出されるべきエネルギーを有するX線に対して透過である。検出器アノード53は、直接変換層51の反対側にあり、検出器ピクセルのアレイグリッドから構成される。
【００２１】
X線光子xが検出器カソード52を通過して直接変換材料層51に侵入すると、光子は直接変換材料と相互作用して多数の電子 - 正孔対を生成する。正に帯電した正孔は強く負に帯電した検出器のカソード52に向かってドリフトし、負に帯電した電子はさらに正に帯電した検出器のアノード53に向かってドリフトする。電子が検出器のアノード53に近づくと、各検出器ピクセルから信号が誘導され、収集後、その特定の電極ピクセルに近づいた電子のカウントまたは電荷を示す。生成された信号はそれから、処理ユニット（図示せず）によってさらに処理され、記述された情報又は検査された体（の一部）の再構成画像としてユーザに対して表示ユニット（図示せず）に最終的に表示される。
【００２２】
前述したように、ピクセル化される上部直接コンタクト又は下部コンタクトを有する直接変換材料の水平スラブを用いた現在の直接光子変換材料技術は、約1.5mmより大きい厚さで0.2乃至0.5mmの典型的な最小ピクセルサイズを可能にする。最先端のフォトンカウンティング電子機器は空気中と等価のレート/チャネルを支持することができないので、これは高い照射レートには不十分である。さらに、CZTは、数十ナノ秒のオーダーの固有の過渡応答を有し、これは不十分である。したがって、より高い照射レートを可能にするために、代替の解決策を見出さなければならない。
【００２３】
1つの解決法は、直接変換層51のエッジを照らすことである。言い換えれば、直接光子変換検出器要素50は、基板54上に（「水平」）層状構造を形成する代わりに、検出器基板54に対して垂直（「垂直」）に配置される。これにより、十分なピクセル化及び高照射レートが可能になるが、製造は複雑で高価である。
【００２４】
本発明の洞察は、CZT、CdTe又はGaAsのような最先端の直接変換材料の代わりに、ペロブスカイト構造を含むハイブリッド有機 - 無機材料（以下、「ペロブスカイト」とも呼ぶ）が代わりに直接変換材料として使用することができることにある。このようなペロブスカイトは、非常に速いX線応答を示し、これはほとんどの代替の直接光子変換材料の場合には当てはまらない。例えば、アモルファスセレン、酸化鉛、及びヨウ化水銀は、望ましくない量のトラッピングを示す全層状材料であり、X線放射に応答してそれらを遅くする。唯一の他の高速材料は、前述のCdTe又はCZT、Ge又はGaAsのような単結晶材料である。これらはすべて、ブールから厚い結晶として製造され、切断され、非常に高価であり、薄い層が必要な場合には材料の無駄を多く生じる。基本的には、必要とされる検出器構造の高度な制御を備えるエッジオン検出器に必要な構成において、及び薄い層において単結晶材料を構造化することは、非常に困難でありかつ高価である。
【００２５】
ペロブスカイトは、（低温、大面積堆積プロセスにおいて）単結晶光子変換材料よりも処理しやすく、構成し易いので、直接変換検出器要素50の垂直積層構成での使用に特に適している。この製造上の利点のために、検出器構造を正確かつ再現性よく制御することができる。さらに、ペロブスカイトは、本質的にCZT、CdTe又はGaAsよりもずっと安価である。
【００２６】
ペロブスカイトは、潜在的に水平構成でも使用することができる。しかしながら、十分な層厚を得るために、ペロブスカイトが非常に薄い層で適用されることが望ましいので、ペロブスカイトは複数の層で適用される必要がある。これは、水平構成に対するペロブスカイトの利点を減少させるが、場合によっては依然として良好なオプションである可能性がある。これらを十分な層厚さで製造することは複雑であるが、いくつかのペロブスカイトは、単結晶の形態でも利用可能であり、より適切であり得る。垂直に位置合わせされる検出器要素50は、はるかに薄い層厚さを必要とし、堆積ペロブスカイトはこのような実施形態に極めて適している。
【００２７】
本発明の文脈において、ペロブスカイトという用語は、一般化学式AMX3を有する結晶材料に使用される。ここでAは第1のカチオンであり、Mは第2のカチオンであり、Xはアニオンである。適切なペロブスカイトは通常、（層状の）有機 - 無機ペロブスカイトであり、Aカチオンは通常、有機（典型的にはCH3NH3+、C2H5NH3+、HC(NH2）2+などのCmH2m+1R）であり、Mカチオンは典型的にはPb2+、Sn2+、Eu2+、Cu2+などの２価金属イオンであり、Xアニオンはハロゲン化物（Cl-、Br-、I-）である。例えばT.C. Sum  and  N. Mathews、「ペロブスカイト太陽電池の進歩：光電池の背景の光物理学」、Energy  Environ.Sci.、2014、7、2518-2534; D.B. Mitzi  and  K. Liang、「（C4H9NH3）2EuI4の調製と性質：二価希土類金属ハロゲン化物フレームワークを有する有機 - 無機ペロブスカイト」、Chem. Mater、1997、9（12）、pp 2990-2995;又はZ. Cheng及びJ. Lin、「層状有機無機ハイブリッドペロブスカイト：構造、光学特性、膜調製、パターニング及びテンプレート工学」、Cryst. Eng. Comm. 2010年、12巻、2646-2662頁が参照される。
【００２８】
本発明に照らして直接変換として使用するのに特に適したペロブスカイトは、CH3NH3Pb4-yX（メチルアンモニウム鉛ハライド）である。代わりに、非鉛系化合物が望ましい場合、CH 3 NH 3 Sn 4-y X y（メチルアンモニウムスズハライド）も同様に有利に使用することができる。
【００２９】
図3Aは、垂直に位置合わせされる直接光子変換検出器5の第1の実施形態を示す。この実施形態では、いくつかの直接光子変換検出器要素50が、検出器基板54に対して実質的に垂直に配置される。（基板54に対して正確に垂直な）正確な垂直位置合わせは好ましいが、いくつかのバリエーション、例えばいずれにしても5％が望ましいことがある。 CT検出器は湾曲しており、より多くの要素50を含み、直接光子変換検出器要素50と検出器基板56との間の角度をそれに適合させることができる。また、異なる直接光子変換検出器要素50は、それぞれ異なる角度を有してもよい。明確にするために、検出器は、限られた量のスラブを有する平坦な構成で示される。平坦な構成は通常のX線イメージングに適しており、本発明はこのようなイメージングモダリティにも適用可能である。
【００３０】
各直接光子変換検出器要素50は、直接変換層51の第1の側の電気的接触構造52と、直接変換層51の第1の側とは反対側の第2の側の導電性読み出し構造53を含む層との間に配置されるペロブスカイト構造を有する材料の直接変換層51を有する。
【００３１】
ペロブスカイト直接変換層51は、好ましくは、0.1乃至5ミリメートル、好ましくは0.1乃至0.5ミリメートルの厚さ（図中のx方向）を有する。この厚さは、単一処理ステップで、好ましくは低温大面積堆積処理ステップで得られる。直接変換層の好ましい長さ（図のy方向）は1乃至20cmである。完全な検出器カバレッジは、約20cmのスラブを必要とするが、これらは、より小さいスラブよりも製造することが困難である。好ましい実施形態では、直接変換層の長さは、1乃至2cmであり、複数の、例えば４乃至１０の直接変換層は、より大きなカバレッジを生成するために、y方向に互いに隣接して配置されてもよい。直接変換層の直接光子変換検出器要素（図のz方向）の好適な高さは1乃至2cmである。
【００３２】
第1の側では、ペロブスカイト直接変換層51は、好ましくは第1の側に直接適用され、第1の側を覆う電気的接触構造52と接触している。水平に配置される直接光子変換検出器要素では、等価な電気的接触構造は入射X線の間の経路にあり、直接変換になる。したがって、好ましくは前記X線の波長に対して透明な材料で構成される必要がある。垂直方向に配置される直接光子変換検出器要素50の場合、この必要条件は必要ではなく、望ましくすらない。利点は、より安価な導電性材料を使用できることにある。好ましくは、電気的接触構造52は平坦であり、ペロブスカイト直接変換層51の第1の側を完全に覆う。この層は、X線検出が不可能な検出器の表面空間をしめるため、好ましくは、電気的接触構造52の厚さは可能な限り薄くなるが、良好で信頼できる電気的接触を可能にする。好ましくは、電気的接触構造52の厚さは、5ミクロン未満、好ましくは1ミクロン未満、より好ましくは0.1ミクロン未満である。
【００３３】
第1の側の反対側の第2の側で、ペロブスカイト直接変換層51は、導電性読み出し構造531を含む読み出し層53と接触している。読み出し構造531は、好ましくは、読み出し構造基板532に付けられ（図3A）、又は読み出し構造基板532内に埋め込まれる（図3B）。電気的接触構造52と同様に、読み出し層53は、検出器の表面領域を占め、好ましくは、できるだけ薄くなり、非検出検出器面を実際にできる限り、好ましくは100ミクロンより小さく、より好ましくは50ミクロンより小さく、最も好ましくは20ミクロンより小さくなるように減らす。
【００３４】
図3Aは、直接光子変換検出器要素50を示しており、読み出し層53は、導電性読み出し構造531が適用される薄膜基板532によって、例えば金属堆積によって形成される。薄膜基板532は、好ましくは、ポリマー箔、好ましくはポリイミド（PI）、ポリエチレンナフタレート（PEN）又はポリエチレンテレフタレート（PET）からなり、又はそれらを有する。これらは、比較的安価に入手可能な商品フィルムであり、電極構造531を適用するのに適している。読み出し構造基板532はまた、例えば追加の機械的支持体及び/又は電気絶縁層55を含む層状構造であってもよい。
【００３５】
読み出し構造531は、当業者に知られている何れかの適切な導電性材料、金属、有機又は他のものであってもよい。読み出し構造531は、読み出し構造基板532の全部又は大部分を覆う単一の構造であってもよいが、好ましくは、直接光子変換層51でのＸ線・電子変換事象の位置を正確に検出し、エッジオンでレート能力を増加させる利点を得るために有利に使用され得る、ピクセル化される行又はアレイ構造を有する。
【００３６】
代わりに、図3Bに示されるように、読み出し層53は集積回路などのシリコンベースの構造であってもよく、読み出し構造531が、シリコン基板532、例えばCMOSベース基板上に形成され、又は一体化される、電気的経路になる。これにより、機械的安定性及び局部的電気処理が可能になる。
【００３７】
図2に示す水平の実施形態と同等に、垂直に配置される直接光子変換検出器要素50において、電気的接触構造52は負のバイアス電位に保持されるカソードとして機能する。電気的読み出し構造531は、（ピクセル化される）アノードを形成し、これは反発力が小さく、又は誘引する正の電位に保持される。電子情報は集積回路に転送され、集積回路内でローカルに処理され、又は直接光子変換検出器要素50から除去される。
【００３８】
図5A乃至図5Dの側面図における様々な実施例及び図4に斜視的に概略的に示されるように、多数の、好ましくは50と100との間の個数の直接光子変換検出器要素50は、検出器基板54上に実質的に平行に取り付けられ、直接光子変換X線検出器5を形成する。検出器基板54は、支持層のみであってもよいが、ヒートシンク又は集積回路などの1つ又は複数の追加の機能を有することもできる。検出器基板54及びさらなる層ならびに全ての検出器エレクトロニクスの設計は、当業者の利用可能な能力内にある。
【００３９】
好ましくは、直接光子変換検出器要素50は、隣接する2つの直接光子変換要素50の間の開放領域又は充填領域の長さを規定するギャップを有する検出器基板上に配置される。ギャップが大きくなるほど、X線検出が行われない検出器5の「デッド」領域は大きくなるため、ギャップはできるだけ小さくすべきである。好ましくは、ギャップはゼロ（ギャップなし）であり、図5Aに示すように、2つの隣接する直接光子変換要素50は、互いに接触するように配置されることを意味する。例えば、電気的絶縁を可能にするために、これは不可能である場合、図5Bに示すように、直接光子変換要素50は絶縁層55によって分離されることができる。絶縁層は、その最も単純な実施形態では空隙であってもよく、読み出し構造基板532に一体化される、電気絶縁材料の物理層であってもよい。
【００４０】
図5Cは、隣接する2つの直接光子変換要素50が配置される特に興味深い設計を示しており、直接光子変換層51の第1の側が、第1の側で隣接する直接光子変換層51の第1の側に対向し、直接光子変換層51の第2の側は、他の側で隣接する直接光子変換層51の第2の側に対向する（明らかに外部直接光子変換要素50を除外する）。言い換えれば、各後続する直接光子変換要素50は、次の直接光子変換要素50が次の光子を鏡映するように配置される。この構成により、電気的接触層52と読み出し層53とを共有する2つの後続する直接光子変換要素50を有することが可能であり、直接光子変換要素50の導電性読み出し構造531が互いに離れている場合、読み出し構造基板532のみが共有される。この構成の場合、より少ない材料が必要とされ、より多くの直接光子変換要素50が検出器基板54をカバーする可能性がある。
【００４１】
図5A、5B及び5Cは、薄膜ベースの読み出し層53に向けられているが、これらは、シリコンベースの読み出し層53と共に使用するために容易に適合させることができる。
【００４２】
図6は、垂直にスタックされるX線検出器要素を有するX線検出器を製造するプロセスの概略図を示す。
【００４３】
この例示的なプロセスにおいて、薄膜ポリマー基板532は、所望の寸法、例えば、 1.5×10cmの30ミクロンのポリイミドフィルムで提供される。導電性読み出し構造531は、例えば金属構造を堆積させることによって、又はピクセル化構造にパターン形成される銀、アルミニウム又は金のような導電性材料で基板をコーティングすることによって基板531に適用される（101）。このようにして、読み出し層53が形成される。
【００４４】
次に、ペロブスカイト直接変換層が読み出し層上に形成され、例えば厚さ0.3mmのCH 3 NH 3 PbI 3（メチルアンモニウム鉛ヨウ化物）層が、単一ステップにおいて、読み出し層53上に低温（室温、又はわずかに高い温度、例えば、摂氏50度まで）で形成される。
【００４５】
次に、電気的接触構造52、例えば、堆積金属層又は被覆される導電性有機材料が、読み出し層53とは反対側のペロブスカイト直接変換層51上に適用される（103）。
【００４６】
そのようなものとして、ペロブスカイト直接光子変換検出器要素50が形成される。このプロセスは、明らかなことに、X線検出層541から、又は第1の側の電気的接触構造52から開始することによって、同様の、又は同じ結果を達成するように異なる態様でも実行される。
【００４７】
代わりに、薄膜（ポリマー）基板532上に読み出し構造531を適用する代わりに（101）、シリコンベースの集積回路が、読み出し層53を形成するように提供されてもよい。さらなるステップは変更されない。
【００４８】
形成されるペロブスカイト直接光子変換検出器要素50はそれから、支持構造体又は集積回路であり得る検出器基板54に対して実質的に垂直な配置で（「垂直に」）検出器基板54上に配置される（104）。直接光子変換検出器要素50は、好ましくは、読み出し後の53と基板54との間に90°のジョイントを形成するために溶融されるはんだボールを使用するはんだ付け、接着、溶接、機械接続、又は当業者に知られている何れかの適切な接続技術によって検出器基板54に接続される。
【００４９】
第2の直接光子変換検出器要素50は、できるだけ小さいギャップで検出器基板54上の第1の要素と平行に配置される。好ましくはギャップはゼロである。これは、検出器基板54の所望の領域が覆われるまで、より多くの（例えば100個の）直接光子変換検出器要素50で繰り返される。このように、そのエッジオン照射のために高い照射レートを処理することができるが、比較的安価で容易にペロブスカイトを処理することができる、直接光子変換X線検出器5が形成される。図4は、そのようなX線検出器5の簡略図を示す。
【００５０】
絶縁層55が必要な場合、電気的接触構造52を適用するステップ（103）の後、絶縁層55を（例えば、コーティング又は堆積によって）電気的接触構造上に適用することができる。代替的に、直接光子変換検出器要素50が基板54上に配置される（105）とき、各直接光子変換検出器要素50の後に絶縁要素55を挿入することによって、又は2つの連続する要素50の間に空隙（エアーギャップ）を残すことによって、絶縁層を適用することができる。
【００５１】
直接光子変換検出器5は、X線撮像装置、特にCT装置において、マルチエネルギー及び/又はフォトンカウンティング検出器として適用することができる。最も好ましくは、マルチエネルギー又はフォトンカウンティングX線装置である。
【００５２】
別の実施形態では、本発明によるX線検出器5は、核医学撮像装置（陽電子放出断層撮影（PET）装置又は単一光子放出コンピュータ断層撮影（SPECT）装置など）に有利に使用することができる。この実施形態では、ペロブスカイト層は、直接変換層として使用されるのではなく、光子が異なるエネルギーの光子に変換され、次にフォトダイオードにおいて電子に変換される間接X線変換用のシンチレータとして使用される。
【００５３】
シンチレーションペロブスカイトは、Eu2 +のような希土類又はSn2 +のような他の金属イオンによる、意図されるドーピングによって得ることができる。さらに、いくつかのペロブスカイトは、非常に短い減衰時間（例えば、10ns未満）で励起子放出を示す。垂直方向の積層スタックの形成は、方向変換の場合と同じであるが、さらにフォトダイオードが一体化される必要はある。
【００５４】
第1に、有機フォトダイオードは、好ましくは、光学的に透明な上部コンタクト（例えば、透明導電性酸化物又は非常に薄い金属層、典型的には数nmの厚さ）を有する薄いプラスチックホイル上に生成され、他の側の別の電気コンタクト及びペロブスカイトシンチレーション材料に対向する。電荷の読み出しは、導電線を用いて行われ、例えばプラスチック箔上に印刷されて、層スタックの外側に配置されるカウンティング集積回路をもたらす。
【００５５】
第2に、有機フォトダイオード（OPD）は、薄いシリコンウェハで作られるカウンティング集積回路上に直接適用される。コンタクトを含むOPDは、1ミクロン未満の厚さで低温プロセスにおいて作られてもよい。この場合、前処理される信号のみが層スタックの外側に導かれる必要がある。
【００５６】
シンチレーションペロブスカイト層は、集積回路上に直接成長させられ、集積回路表面に対して垂直に積層される。
【００５７】
SPECT又はPET検出器の検出器厚さは、数ミリメートルからセンチメートルの範囲に増加することが予想される。これは、ペロブスカイト層自体の厚さが数百マイクロメートルから数ミリメートルに増加することを意味する。これは、相互作用の深さ測定値を有する安価なボリューム検出器をもたらす。現在開発されるCH3NH3PbI3のような有機無機ペロブスカイトは、鉛及びヨウ素を含み、密度が4.62g / cm3であり、140keVのガンマ線エネルギーに対して2mmの吸収長を備えるかなりのX線及びガンマ線吸収を提供する。これは、少なくともSPECT用の標準放射性同位元素Tc-99mには十分であろう。このような厚いペロブスカイト層を堆積させるプロセスはまだ初期段階であるが、複数のペロブスカイト層を互いの上に堆積させることにより達成され、これは処理時間を延長し、コストを増大させる。これは、現在の最先端技術に基づく代替案よりも経済的にまだ実現可能性がある。ペロブスカイト技術及び堆積技術におけるさらなる開発は、ペロブスカイトをさらに使用する可能性を高めるだろう。
【００５８】
本発明は、例として医用イメージングを使用して説明されるが、直接光子変換を使用する天文学、セキュリティスキャン又は光学カメラの分野での使用も見出すことができる。
【００５９】
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明されてきたが、そのような図示及び説明は、例証的又は例示的であって制限的ではないとみなされるべきであり、本発明は開示される実施形態に限定されない。
【００６０】
開示される実施形態に対する他の変更は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、クレームされる発明を実施する際の当業者によって理解され得、達成され得る。特許請求の範囲において、「含む（comprising）」という単語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。
【００６１】
特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【００６２】
特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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